层状岩石强度特征及其数值实现

时间：2025-04-21

层状岩石强度特征及其数值实现

研究论文（Ａｒｔｉｃｌｅｓ）

层状岩石强度特征及其数值实现

郭群

中南大学资源与安全工程学院，长沙４１００８３

摘要

为了实现层状岩石横观各向同性的数值描述，首先通过理论分析得到层状岩石的强度特征以及层理面处于极限应力平衡

状态时，主应力满足的条件；然后，应用相应数值实现方法，对比理论分析结果与数值计算结果。结果发现，单轴压缩和三轴压缩情况下，对于不同的层理面倾角，数值计算与理论分析的结果基本相同，差别在２％以内，说明所引入的数值计算方法能够较好地描述层状岩体的破坏特征。关键词

强度特征；层状岩石；数值分析；理论计算

中图分类号

ＴＵ４５７文献标识号Ａ文章编号１０００－７８５７（２００８）１６－００６８－０４

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在层状岩体中，因其结构面呈平行分布而具有明显的横观各向同性。岩体强度不仅与岩石本身的性质有关，还与结构面方向、性质有很大的关系［１］。由于原岩应力的非对称性，不同位置岩体的主应力方向与层理面交角有所差别，从而导致岩体的破坏形式也不相同。为了描述层状岩体的特征，国内外学者从理论和试验方面做了很多研究工作［２－５］，如Ｊａｅｇｅｒ［２］针对节理岩体沿节理面滑动破裂提出相应的破坏准则；Ｔｉｅｎ［３－５］等采用不同的材料预制了不同倾角的层状岩石，研究了倾角对岩石整体强度的影响，并提出相应的破坏准则。近年来，随着计算机技术的发展，采用数值分析方法研究岩土工程问题成为新的趋势［６－９］，对于一些由于经费、时间等因素制约而无法

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进行的岩石力学试验或需大量重复的岩石力学试验，数值试验有着其他方法无可比拟的优势。梁正召

［６］

基于Ｍｏｈｒ－

Ｃｏｕｌｏｍｂ破坏准则，采用ＲＦＰＡ２Ｄ模拟了单轴压缩下横观各

向同性岩石的破裂过程，讨论了不同岩层倾角的横观各向同性岩体的不同破裂模式及其破坏准则。但其将岩体视为均质连续体，对不同Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ材料采用不同参数进行模拟。变形及稳定性由于层状岩体具有明显的各向异性，其强度、

主要受节理面控制，不宜采用连续介质模型或等效模型进行分析［１０］。基于以上考虑，本文首先分析了层状岩石的强度特征，然后引入相应数值计算模型，对比理论分析结果与数值计算结果，以期对相关岩体工程的加固与设计提供指导。

１层状岩石强度特征

层状岩体中，层理面是主要的结构面，最终的宏观变形

是沿层理面的剪切破坏和沿层理面的张裂剪切破坏。由于层

０引言